第五章

傳感器第2節(jié)

常見傳感器的工作原理及應(yīng)用

020301主題(二)熱傳感器主題(一)光傳感器目錄CONTENTS主題(三)力傳感器

04第2節(jié)

常見傳感器的工作原理及應(yīng)用主題(四)磁傳感器與位移傳感器

新課引入：傳感器是什么？

能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)換為電路的通斷的儀器。

那傳感器中的敏感元件是如何感知非電學(xué)量從而將其轉(zhuǎn)化為電學(xué)量呢？

溫度傳感器光傳感器火警報(bào)警器力傳感器什么材料對(duì)這些信號(hào)敏感呢？硫化鎘新課引入：常見的傳感器有哪些？第一部分光傳感器一、光傳感器1.材料:硫化鎘2.制作:把硫化鎘涂敷在絕緣板上，在其表面再用銀漿涂敷兩個(gè)互不相連的柵狀電極。一、光傳感器②光弱，電阻大3.探究光傳感器的特性：①光強(qiáng)，電阻小光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)4.作用：一、光傳感器5.原理：材料的電阻率減小光照增強(qiáng)半導(dǎo)體材料中的載流子（自由電子和空穴）濃度增加注意：某些半導(dǎo)體材料對(duì)光非常敏感，所以稱作光敏電阻.【典例1】如圖所示為光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器的示意圖，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻．此光電計(jì)數(shù)器的基本工作原理是（

）A．當(dāng)有光照射R1時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得高電壓B．當(dāng)有光照射R1時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得低電壓C．信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計(jì)數(shù)一次D．信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計(jì)數(shù)一次AR1R2信號(hào)處理系統(tǒng)BD典例分析：【典例2】如圖所示,R1、R2為定值電阻,L是小燈泡,R3為光敏電阻,當(dāng)照射光強(qiáng)度增大時(shí),（

）A．電壓表的示數(shù)增大B．R2中電流減小C．小燈泡的功率增大D．電路的路端電壓增大ABC典例分析：第二部分熱傳感器二、熱傳感器1.材料：金屬導(dǎo)體:電阻率隨溫度的升高而增大。金屬鉑制作的電阻溫度計(jì)金屬電阻—溫度特性曲線RTo二、熱傳感器1.材料：金屬導(dǎo)體:電阻率隨溫度的升高而增大。半

導(dǎo)

體:電阻率隨溫度的升高而降低。二、熱傳感器2.探究半導(dǎo)體電阻的特性：結(jié)論：溫度升高，半導(dǎo)體電阻的阻值顯著減小。二、熱傳感器2.探究半導(dǎo)體電阻的特性：結(jié)論：溫度升高，半導(dǎo)體電阻的阻值顯著減小。RT0半導(dǎo)體電阻—溫度特性曲線金屬電阻—溫度特性曲線RTo金屬電阻與半導(dǎo)體電阻的對(duì)比特性：金屬熱電阻的阻值會(huì)隨著溫度的升高而______，具有正溫度系數(shù)金屬電阻RTO金屬R-T關(guān)系示意圖增大半導(dǎo)體電阻特性：熱敏電阻的阻值會(huì)隨著溫度的升高而_____，具有負(fù)溫度系數(shù)減小RT0熱敏R-T關(guān)系示意圖半導(dǎo)體材料對(duì)溫度更敏感,但是持續(xù)加熱就變?yōu)榱藢?dǎo)體空穴自由電子SiSiSiSiSiSiSiSiSi溫度提高，一些電子掙脫原子核的束縛變?yōu)樽杂呻娮?。思考：為什么半?dǎo)體材料對(duì)溫度更敏感？而電子原來的位置就變?yōu)榭昭?，這些空穴相當(dāng)于帶正電荷粒子一旦半導(dǎo)體接進(jìn)電路，形成電場(chǎng)，自由電子沿著空穴前進(jìn)，相當(dāng)于正負(fù)電荷都在移動(dòng)形成電流溫度越高，掙脫的自由電子就越多，導(dǎo)電能力越強(qiáng)。

E二、熱傳感器2.探究半導(dǎo)體電阻的特性：結(jié)論：溫度升高，熱敏電阻的阻值顯著減小。①半導(dǎo)體材料對(duì)溫度更敏感，由半導(dǎo)體材料制成的電阻稱作的熱敏電阻；金屬材料制成的叫金屬熱電阻。②熱敏電阻靈敏度高，但化學(xué)穩(wěn)定性較差，測(cè)量范圍較?。唤饘贌犭娮璧幕瘜W(xué)穩(wěn)定性較好，測(cè)量范圍較大，但靈敏度較差。熱信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)3.作用：二、熱傳感器低油位報(bào)警裝置4.應(yīng)用：二、熱傳感器低油位報(bào)警裝置4.應(yīng)用：②當(dāng)液面高于熱敏電阻的高度時(shí)，熱敏電阻發(fā)出的熱量會(huì)被液體帶走，溫度基本不變，阻值較大，指示燈不亮。①給熱敏電阻通以一定的電流，熱敏電阻會(huì)發(fā)熱。③當(dāng)液體減少、熱敏電阻露出液面時(shí)，發(fā)熱導(dǎo)致它的溫度上升、阻值較小，指示燈亮。④通過判斷熱敏電阻的阻值變化，就可以知道液面是否低于設(shè)定值。油位高→電阻大→燈不亮油位低→電阻小→燈亮【典例3】如圖是一火警報(bào)警的一部分電路示意圖。其中R2為用半導(dǎo)體熱敏材料制成的傳感器，電流表為值班室的顯示器，a、b之間接報(bào)警器。當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火情時(shí)，顯示器的電流I、報(bào)警器兩端的電壓U的變化情況是（）A.

I變大，U變大B.

I變小，U變小C.

I變小，U變大D.

I變大，U變小B典例分析：第三部分力傳感器三、力傳感器1.材料:①金屬導(dǎo)體形狀改變從而電阻改變拉力→L變長(zhǎng)→S變小→電阻變大壓力→L變短→S變大→電阻變小金屬電阻應(yīng)變效應(yīng)R三、力傳感器1.材料:①金屬導(dǎo)體形狀改變從而電阻改變②半

導(dǎo)

體半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)。當(dāng)單晶半導(dǎo)體材料沿某一軸向受到外力作用時(shí)，其電阻率會(huì)發(fā)生明顯變化的現(xiàn)象，稱為壓阻效應(yīng)。應(yīng)變片金屬梁力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)2.作用：三、力傳感器3.應(yīng)用:電子秤三、力傳感器3.應(yīng)用:磅秤金屬梁應(yīng)變片應(yīng)變片F(xiàn)

在梁的自由端施力F，則梁發(fā)生彎曲，上表面拉伸，下表面壓縮，上表面應(yīng)變片的電阻變大，下表面應(yīng)變片的電阻變小。力F越大，彎曲形變?cè)酱螅瑧?yīng)變片的電阻變化就越大。壓力傳感器磅體接線管儀表盤三、力傳感器3.應(yīng)用:磅秤bdBI【典例4】有電流I流過長(zhǎng)方體金屬塊，金屬塊高度為d，寬為b，有一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)由前向后穿過金屬，試問金屬塊上、下表面哪面電勢(shì)高？電勢(shì)差是多少？---f洛f洛f洛qEqEqE解：下表面電勢(shì)高V磁場(chǎng)穿過導(dǎo)體的厚度典例分析：當(dāng)qE=qvB時(shí)，U最大思考：利用霍爾元件我們能制作怎么樣的傳感器？第四部分磁傳感器與位移傳感器半導(dǎo)體(如砷化銦)②霍爾電壓:將此信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)四、磁傳感器與位移傳感器霍爾元件③作用:思考：用什么元件能設(shè)計(jì)一個(gè)位移傳感器？①材料:1.磁傳感器2.位移傳感器：電容器③測(cè)量

的傳感器④測(cè)量

的傳感器②測(cè)量

的傳感器。四、磁傳感器與位移傳感器2.位移傳感器：又叫電容式位移傳感器定片動(dòng)片θ電介質(zhì)金屬芯線導(dǎo)電液體待測(cè)壓力F固定電極可動(dòng)電極①測(cè)量

的傳感器。角度θ液面高度h壓力F位移X【典例5】傳感器是一種采集信號(hào)的重要器件，如圖是一種測(cè)定壓力的電容式傳感器，當(dāng)待測(cè)壓力F作用于可動(dòng)膜片產(chǎn)生變形，引起電容的變化，若將電容器、靈敏電流計(jì)和電源串聯(lián)接成閉合電路，那么（

）A．當(dāng)F向上壓膜片電極時(shí)，電容將減小B．當(dāng)F向上壓膜片電極時(shí)，電容將增大C．若電流計(jì)有示數(shù)，則壓力F發(fā)生變化D．若電流計(jì)有示數(shù)，則壓力F不發(fā)生變化BC典例分析：待測(cè)壓力F固定電極可動(dòng)電極傳感器就是人工智能機(jī)器人的眼睛、鼻子、耳朵舌頭、皮膚等五官。甚至能創(chuàng)造一些人類沒有的器官。比如能夠感受外界磁場(chǎng)變化的霍爾元件，能夠感受紅外線的紅外儀等。思考：傳感器相當(dāng)于人工智能機(jī)器人的什么？思考：傳感器相當(dāng)于人工智能機(jī)器人的什么？思考：傳感器相當(dāng)于人工智能機(jī)器人的什么？課堂小結(jié)認(rèn)識(shí)傳感器熱敏電阻光敏電阻磁與位移傳感器力敏電阻【練習(xí)1】非觸摸式自動(dòng)感應(yīng)水龍頭如圖所示,其應(yīng)用的傳感器是(

)A.壓力傳感器

B.光電傳感器C.生物傳感器

D.溫度傳感器課堂練習(xí)B【練習(xí)2】(多選)下列關(guān)于電子秤中應(yīng)變式力傳感器的說法正